DirectionalValve36-三位六通换向阀

1)        模型路径

TYPneumatics.Valves.DirectionalValves.DirectionalValve36

2)        图标设计

三位六通换向阀图标

3)        功能描述

三位六通阀通过位置的变换来切换阀的导通状态，P、A、B、T、C、D代表阀接口。对于每个位置，流动路径是左位从P到B和从A到T；中位从D到C；右位从P到A和从B到T。

通过阀的气体的种类以及气体建模的复杂程度可以通过参数进行选择。

4)        基本假设

        换向阀流通时，其工作特性与节流孔相似，因此将其视作通流面积可变的节流孔；

        组件绝热，与外界无任何交换。

5)        模型接口

接口	变量	范围/单位	数据维度	数据类型	描述
port_A	p	bar	[1]	Real	接口压力
	m_flow	kg/s	[1]	Real	接口质量流量
	H_flow	W	[1]	Real	接口焓流
	T	degC	[1]	Real	接口温度
port_B	p	bar	[1]	Real	接口压力
	m_flow	kg/s	[1]	Real	接口质量流量
	H_flow	W	[1]	Real	接口焓流
	T	degC	[1]	Real	接口温度
port_C	p	bar	[1]	Real	接口压力
	m_flow	kg/s	[1]	Real	接口质量流量
	H_flow	W	[1]	Real	接口焓流
	T	degC	[1]	Real	接口温度
port_P	p	bar	[1]	Real	接口压力
	m_flow	kg/s	[1]	Real	接口质量流量
	H_flow	W	[1]	Real	接口焓流
	T	degC	[1]	Real	接口温度
port_T	p	bar	[1]	Real	接口压力
	m_flow	kg/s	[1]	Real	接口质量流量
	H_flow	W	[1]	Real	接口焓流
	T	degC	[1]	Real	接口温度
port_D	p	bar	[1]	Real	接口压力
	m_flow	kg/s	[1]	Real	接口质量流量
	H_flow	W	[1]	Real	接口焓流
	T	degC	[1]	Real	接口温度

6)        模型参数

tab参数	group参数	参数名称	默认值	单位	参数描述
常规	介质选择	GasType	Air_空气	/	气体种类选择
		Medium	半理想气体	/	气体模型选择
	基本参数	A	0.05	cm2	最大开口通流面积
	流量参数	Cq	0.72	-	流量系数
换向控制类型	控制信号类型	ControlType	"电信号接口"	/	控制接口选择
	信号控制	SignalType	"电流"	/	电信号接口选择
		ratedcurrent	40	mA	额定电流
		ratedvoltage	10	V	额定电压
	气力换向	pOpen	0.1	bar	开启压力
		pSwitch	5	bar	切换压力
		t1	0.1	s	时间常数
	机械换向	f	80	Hz	频率
		d	0.9	s-1	阻尼
		L	2	mm	阀芯位移量
		x0	-1	mm	阀芯最小位置
动态特性	动态特性选择	dynamics	"Static"	/	动态特性
	一阶滞后	tau	0.05	s	时间常数
	二阶滞后	wn	80	Hz	阀门固有频率
		zeta	0.8	-	阀门阻尼比
通流面积	通流面积	areaPA	-x	-	通流面积控制信号
		areaAT	x	-	通流面积控制信号
		areaPB	x	-	通流面积控制信号
		areaBT	-x	-	通流面积控制信号
		areaDC	1 - abs(x)	-	通流面积控制信号
容积	参数	UseVolumeA	false	/	若true，使用容积A
		UseVolumeB	false	/	若true，使用容积B
		UseVolumeC	false	/	若true，使用容积C
		UseVolumeP	false	/	若true，使用容积P
		UseVolumeT	false	/	若true，使用容积T
		UseVolumeD	false	/	若true，使用容积D
		Volume_A	1	ml	容积A的体积
		Volume_B	1	ml	容积B的体积
		Volume_C	1	ml	容积C的体积
		Volume_P	1	ml	容积P的体积
		Volume_T	1	ml	容积T的体积
		Volume_D	1	ml	容积D的体积

7)        模型变量

变量类型	变量名称	单位	类型	描述
结果变量	pA	bar	Real	端口A的表压
	T_A	degC	Real	端口A的温度
	m_flow_A	kg/s	Real	端口A质量流量
	H_flow_A	W	Real	端口A焓流
	pB	bar	Real	端口B的表压
	T_B	degC	Real	端口B的温度
	m_flow_B	kg/s	Real	端口B质量流量
	H_flow_B	W	Real	端口B焓流
	pC	bar	Real	端口C的表压
	T_C	degC	Real	端口C的温度
	m_flow_C	kg/s	Real	端口C质量流量
	H_flow_C	W	Real	端口C焓流
	pP	bar	Real	端口P的表压
	T_P	degC	Real	端口P的温度
	m_flow_P	kg/s	Real	端口P质量流量
	H_flow_P	W	Real	端口P焓流
	pT	bar	Real	端口T的表压
	T_T	degC	Real	端口T的温度
	m_flow_T	kg/s	Real	端口T质量流量
	H_flow_T	W	Real	端口T焓流
	pD	bar	Real	端口D的表压
	T_D	degC	Real	端口D的温度
	m_flow_D	kg/s	Real	端口D质量流量
	H_flow_D	W	Real	端口D焓流
	area_PA	m2	Real	PA实际通流面积
	area_BT	m2	Real	BT实际通流面积
	area_AT	m2	Real	AT实际通流面积
	area_PB	m2	Real	PB实际通流面积
	area_DC	m2	Real	DC实际通流面积

8)        参数设置

1)        阀动态特性相关参数可设置如下：

①       静态，阀门具有静态行为；

②       一阶，使用压差和阀门开度之间的一阶系统对阀门响应进行建模，此时需要指定时间常数（tau>0）；

③       二阶，使用压差和阀门开度之间的二阶系统对阀门响应进行建模，此时需要指定阀门固有频率（wn>0）和阀门阻尼比（zeta>=0）；

2)        阀的通流面积与阀开口量之间成线性关系，即阀口的实际开口面积由最大开口面积乘以开口量得到，开口量的范围是0-1，开口量与阀芯位移相关，由参数areaPA、areaBT、areaAT、areaPB和areaDC指定，在修改时需要加上实例化后的换向阀名称并调用x，如directionalValve36.x+1。

3)        接口控制类型包含"电信号接口"、"液压接口"、"机械接口"三种，通过参数ControlType进行切换，具体设置方式如下：

①      电信号接口

在此种接口类型下，可通过参数SignalType选择控制信号代表的物理量，分别是"电流"、"电压"、"归一化阀芯位置"，详细说明如下：

        若选择SignalType="电流"则代表输入信号为电流，需要设置相应的额定电流ratedcurrent，若设置为40mA，则有效外部电流信号的范围为-40-40mA，在-40mA时处于左位，即P到B接通、A到T接通；在0mA时处于中位，即P、A、B、T都不接通；在40mA时处于右位，即P到A接通、B到T接通；

        若选择SignalType="电压"则代表输入信号为电压，需要设置相应的额定电压ratedvoltage，若设置为10V，则有效外部电流信号的范围为-10-10V，在-10VA时处于左位，即P到B接通、A到T接通；在0V时处于中位，即P、A、B、T都不接通；在10V时处于右位，即P到A接通、B到T接通；

        若选择SignalType="归一化阀芯位置"则代表输入信号为归一化阀芯位置，在-1时处于左位，即P到B接通、A到T接通；在0时处于中位，即P、A、B、T都不接通；在1时处于右位，即P到A接通、B到T接通。

②      气动接口

在此种信号接口下，通过比较两侧的控制口压力来确定阀芯位置，参数pOpen代表阀开始换向时的压差，参数pSwitch代表阀完全换向时的压差，参数t1为换向过程中动态环节的时间常数（需大于0）。

③      机械接口

在此种信号接口下，使用二阶动态环节描述阀芯的动态过程，参数f和d分别为频率和阻尼；参数x0用于设定左位时的阀芯位置，参数L用于设定从左位至右位阀芯的移动距离，大多数情况下保持默认值即可。

9)        模型原理

换向阀主要计算公式如下所示:

1)        阀口实际通流面积

2)        各阀口质量流量计算式如下：

3)        流量参数计算与压比相关，当时处于亚音速流动状态，流量参数是压比的函数且取决于气体性质；当时处于声波流动状态，流量参数是常数，质量流量仅仅取决于上游温度

①      理想气体的临界压比计算式如下：

②      比热率计算式如下：

③      流量参数计算式如下：

4)        流速计算式

5)        焓流的计算方式如下

式中，

	阀开口量
	最大开口面积
	临界压比
	比热率
r	气体常数
	定压比热
	定容比热
r	气体常数
h	比焓

10)    参考文献

无